论文总字数：19308字

摘 要

最近几十年，使用螺杆泵开采原油得到了巨大的发展，变成了一种相比其他开采原油的方式而言，更为现代化的开采技术。螺杆泵是一种渐进式容积泵^[1]。和其余开采原油的方式相比较，可以开采具有很高的粘度，或者具有很高的含砂量的原油，是螺杆泵开采与其他方式开采的极大不同点。因为原油螺杆泵的结构紧凑，整体占用空间小，管理维护方便，工作效率高，被广泛应用于油田开采原油。按照不同的驱动方法分类，原油螺杆泵可以分为地表驱动，井下驱动这两类^[2]。如今，大多数油田螺杆泵都是地面驱动的。复杂的井下条件（包括各种腐蚀性介质）以及采矿过程中泵体的复杂而变化的力显着降低了螺杆泵的使用寿命。因此，提出合理的解决方案并延长油泵的使用寿命正成为越来越多人的研究方向。

本次课题的主要研究对象为氢化丁腈橡胶，是一种常见的螺杆泵定子材料。在此打算用实验的方法，研究三氧化二铝这种补强剂的含量对氢化丁腈橡胶压缩性能的影响。本次课题的主要任务如下所示：

（1）本次课题的主要研究对象是螺杆泵的定子材料，在熟悉螺杆泵的工作原理和工作环境的基础之上，设计了两种原油螺杆泵定子的HNBR材料的配方，并制备了试样。

（2）分别测定了两种配方制成的HNBR弹性体材料的硫化特性曲线，确定了硫化时间t₉₀，并对两种配方的HNBR弹性体材料进行了硫化。

（3）实验探究了不同三氧化二铝含量对HNBR弹性材料压缩性能的影响。实验结果表明，随着三氧化二铝含量的提高，试样的压缩应力松弛和压缩永久变形性能都有所改善。

关键词：螺杆泵 氢化丁腈橡胶 配方 压缩性能实验

Research on the Effect of Reinforcing Agent on Fatigue Performance of Crude Oil Screw Pump

Abstract

In recent years, the oil recovery technology of the screw pump has developed into a more advanced oil recovery technology. The screw pump is a progressive displacement pump. Compared with other oil production methods, high viscosity and high sand content, which can produce a high gas content in the oil. Screw pumps and pump units, the number of small, easy maintenance, high efficiency, is widely used in oil fields. According to different driving methods, screw pumps can be divided into surface-driven screw pumps and downhole electric screw pumps. Today, most oilfield screw pumps are ground driven. Complex downhole conditions (including various corrosive media) and the complex and changing force of the pump body during mining significantly reduce the service life of the screw pump. Therefore, it is becoming a research direction for more and more people to propose reasonable solutions and extend the service life of oil pumps.

The research object of this paper is the hydrogenated nitrile rubber (HNBR) elastomer material commonly used in crude oil pump stators. The test method is used to study the effect of the reinforcing agent on the compressibility of the HNBR elastomer material. The main task of this subject is as follows:

1. The main object of study of this subject is the screw pump stator materials, on the basis of the familiar screw pump working principle and the working environment on the designed formulation of HNBR materials screw pump stator two crude oils, and the sample preparation.
2. The vulcanization characteristic curves of the HNBR elastomer materials made by the two formulations were measured respectively, the vulcanization time t₉₀ was determined, and the HNBR elastomer materials of the two formulations were vulcanized.
3. The experiment explores the effect of different aluminum oxide content on the compression properties of HNBR elastic materials. The results indicated that with increasing alumina content, the sample compression stress relaxation properties and compression set is improved.

Keywords: screw pump, hydrogenated nitrile rubber, formulation preparation, Compression performance experiment

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1本课题研究背景和目的与意义 1

1.2螺杆泵及其相关理论的发展概况 1

1.2.1螺杆泵的发展历史 1

1.2.2螺杆泵的工作原理 2

1.2.3螺杆泵在实际使用中的长处和短处 3

1.3近年来国内外对定子橡胶研究概况 4

1.3.1丁腈橡胶材料的简述 4

1.3.2定子橡胶的研究历程 4

1.4本文的研究内容 6

第二章 螺杆泵定子材料配方设计和制备 7

2.1引言 7

2.2定子橡胶材料的配方设计 7

2.2.1实验所使用的主要原料 7

2.2.2实验仪器与设备 9

2.2.3橡胶基础配方 9

2.3螺杆泵定子橡胶试样制备方法 10

2.3.1塑炼 10

2.3.2混炼 11

2.3.3氢化丁腈橡胶硫化特性参数的测定 12

2.3.4氢化丁腈橡胶的硫化 14

2.4本章小结 16

第三章 螺杆泵定子材料的压缩性能试验 17

3.1引言 17

3.2橡胶试样的压缩性能测试及结果分析 17

3.2.1压缩永久变形实验 17

3.2.2压缩应力松弛实验 18

3.2.3压缩性能结果分析 19

3.3本章小结 20

第四章 实验结论与经济评价 21

4.1总结 21

4.2展望 21

4.3经济评价 22

4.3.1资金估算 22

4.3.2资金来源 22

参考文献 23

致谢 26

第一章 绪论

1.1本课题研究背景和目的与意义

最近几十年，使用螺杆泵开采原油得到了巨大的发展，变成了一种相比其他开采原油的方式而言，更为现代化的开采技术。螺杆泵是一种渐进式容积泵^[1]。和其余开采原油的方式相比较，可以开采具有很高的粘度，或者具有很高的含砂量的原油，是螺杆泵开采与其他方式开采的极大不同点。因为原油螺杆泵的结构紧凑，整体占用空间小，管理维护方便，工作效率高，被广泛应用于油田采油。按照不同的驱动方法分类，原油螺杆泵可以分为地表驱动，井下驱动这两类。如今，大多数油田螺杆泵都是地面驱动的。复杂的井下条件（包括各种腐蚀性介质）以及采矿过程中泵体的复杂而变化的力显着降低了螺杆泵的使用寿命。因此，提出合理的解决方案并延长油泵的使用寿命正成为越来越多人的研究方向。

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